Question

【題目】2019年諾貝爾化學獎授予對鋰離子電池研究的貢獻。磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)電池是新能源汽車的動力電池之一。采用濕法冶金工藝回收廢舊磷酸亞鐵鋰電池正極片（除LiFePO4外，還含有Al箔、少量不溶于酸堿的導電劑）中的資源，部分流程如圖：

（1）“堿溶”時Al箔溶解過程中，氧化劑是______________。

（2）“酸浸”時生成NO的離子方程式是_________。（其他雜質(zhì)不與HNO3反應）

（3）實驗測得濾液②中c(Li+)＝4 mol·L－1，加入等體積的Na2CO3溶液后，Li+的沉降率為90%，則加入飽Na2CO3 溶液中c(Na2CO3)＝______ mol·L－1。[Ksp(Li2CO3)＝1.6×10－3]

（4）磷酸亞鐵鋰電池總反應為：LiFePO4＋6CLi1－xFePO4＋LixC6，電池中的固體電解質(zhì)可傳導Li+。充電時，該電池的負極接電源的_____（填“正極”或“負極”）；放電時，正極反應式為_______。

（5）磷酸亞鐵鋰電池中鐵的含量可通過如下方法測定：稱取1.20g試樣用鹽酸溶解，在溶液中加入稍過量的SnCl2溶液，再加入HgCl2飽和溶液，用二苯胺磺酸鈉作指示劑，用0.020mol·L－1重鉻酸鉀溶液滴定至溶液由淺綠色變?yōu)樗{紫色，消耗重鉻酸鉀溶液40.00mL。

已知：2Fe3+＋Sn2+＋6Cl－=SnCl62－＋2Fe2+

4Cl－＋Sn2+＋2HgCl2=SnCl62－＋Hg2Cl2

6Fe2+＋Cr2O72－＋14H+=6Fe3+＋2Cr3+＋7H2O

①實驗中加入HgCl2飽和溶液的目的是_________。

②磷酸亞鐵鋰電池中鐵的含量為________%。

Answer 1

【答案】H2O 3LiFePO4+NO3－+4H+=3Li++NO↑+3PO43－+2H2O+3Fe3+ 1.88 負極 Li1－xFePO4＋xLi+＋xe－=LiFePO4 將溶液中過量Sn2+轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的SnCl62－，防止其干擾Fe2+的測定 22.4

【解析】

分析流程圖，磷酸亞鐵鋰電池正極片堿溶時，Al轉(zhuǎn)化為NaAlO2，過濾后，濾渣中含有磷酸亞鐵鋰，向其中加入硫酸和硝酸進行酸浸，得到含Li+、Fe3+、H+、SO42－、NO3－和PO43－的濾液，調(diào)節(jié)溶液的pH，使得Fe3+以FePO4的形式除去，過濾后得到含Li+、H+、SO42－和NO3－的濾液，加入飽和Na2CO3溶液，將Li+轉(zhuǎn)化為Li2CO3，通過過濾、熱水洗滌等操作得到最終產(chǎn)物。據(jù)此進行分析。

（1）“堿溶”時Al箔溶解過程中發(fā)生的反應方程式為：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，反應實質(zhì)為2Al＋6H2O=2Al(OH)3＋3H2↑，Al(OH)3＋NaOH=NaAlO2＋2H2O，根據(jù)氧化還原原理，化合價降低是H2O中的H，因此氧化劑為：H2O；

（2）酸浸時，磷酸亞鐵鋰電池正極片上的Fe2+與HNO3反應，生成Fe3+和NO，反應的離子反應方程式為：3LiFePO4+NO3－+4H+=3Li++NO↑+3PO43－+2H2O+3Fe3+；

（3）濾液②中c(Li+)＝4mol·L－1，加入等體積的Na2CO3溶液后，Li+的沉降率為90%，則Li+的轉(zhuǎn)化濃度為，由關(guān)系式：2Li+～CO32－可知，CO32－的轉(zhuǎn)化濃度為。濾液②中加入等體積的Na2CO3溶液后，c(Li+)＝，由碳酸鋰溶度積Ksp(Li2CO3)＝，可得c(CO32-)=，則原飽和Na2CO3溶液中c(Na2CO3)＝；

（4）根據(jù)電池總反應：LiFePO4＋6CLi1－xFePO4＋LixC6，放點過程中，C6x－中的C的化合價升高生成C單質(zhì)，失去電子，作負極，可知，LixC6極為原電池的負極，充電時為陰極，發(fā)生還原反應，則應與電源的負極相連。放電時，原電池的正極發(fā)生還原反應，則反應方程式為：Li1－xFePO4＋xLi+＋xe－=LiFePO4；

（5）①根據(jù)題給信息，SnCl2溶液稍過量，為了排除溶液中過量Sn2+干擾Fe2+的測定，故用HgCl2飽和溶液將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的SnCl62－。

②由題給已知條件，可得關(guān)系式：6Fe3+～Cr2O72－，則有：

解得：；則磷酸亞鐵鋰電池中鐵的含量為。